JP2913316B2

JP2913316B2 - 連続表面処理炉

Info

Publication number: JP2913316B2
Application number: JP2100662A
Authority: JP
Inventors: 徹夫近藤; 達矢森島; 治樹山田; 好良中谷; 俊幸松浦
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JPH04365A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、鉄鋼部品（ワーク）に表面処理を施すため
の処理炉に係り、より詳しくは鉄鋼部品の表面にガス軟
窒化処理とガス酸化処理とを連続に施すための連続表面
処理炉に関する。

（従来の技術）軟窒化処理は、主として耐摩耗性と耐疲労性との向上
を目的に行われるもので、従来一般には塩浴中で処理し
ていた。しかしながら、この塩浴は有害なシアンを含む
ために公害問題を引き起こす危険があり、そこで、最近
は窒化ガス中で処理するガス軟窒化が多用されるように
なってきている。ガス軟窒化処理は、通常、軟窒化温度
（550〜650℃）に保持した炉内にNH₃ガスと吸熱型変成
ガスを導入して行うが、前記吸熱型変成ガスを得るため
には変成炉を排除する目的で窒化ガスとしてNH₃ガス、
炭酸ガス（CO₂）、酸素ガス（O₂）、窒素ガス（N₂）等
の混合ガスを用いる場合もある（特開昭62−270761号、
特開昭63−255355号公報等）。

一方、酸化処理は、主として耐食性を向上させる目的
で行われるものであるが、最近では窒化処理と組合わせ
ることの有用性が確認され、上記軟窒化処理に続いて実
施することが多くなってきている（特開昭58−126977号
公報、特開昭64−31957号公報等）。この酸化処理には
発熱型変成ガス、水蒸気、空気（O₂）、CO₂等の酸化性
ガスが用いられるが、密着性の良いFe₃O₄を主体とする
酸化皮膜を得るには、鉄鋼部品（ワーク）を500℃以上
に保持して酸化雰囲気に曝す必要がある。そこで、前記
特開昭64−31957号公報に示される表面処理では、軟窒
化処理を終えた後、同一炉内に前記酸化性ガスを導入し
て酸化処理を行うようにしている。

ところで、ガス軟窒化やガス酸化を行う場合、ワーク
の表面に付着している切削油、防錆油等の不純物を予め
除去する必要があるが、これを従前の有機溶剤やアルカ
リ洗浄剤による洗浄、あるいは直火バーナーの燃焼生成
ガスによる加熱気化洗浄より行う場合、有害な有機溶剤
等が引き起こす公害問題、あるはい燃焼生成ガスのバー
ジによるコスト上昇を避けることができない。そこで、
前記特開昭62−270761号公報に示される表面処理では、
軟窒化炉内でワークを予熱すると同時に、同炉内を排気
してワークを真空加熱気化洗浄するようにしている。

また、軟窒化処理においては、安定な窒化物層を得る
ため、窒化処理後にワークを急冷する必要があるが、こ
の急冷に冷却液を用いたのでは、その管理が面倒でしか
も周辺環境の汚染を招くようになる。そこで、前記特開
昭62−270761号公報または前記特開昭63−255355号に示
される表面処理においては、軟窒化処理後に同炉内を排
気して冷却用のガスを導入し、ガス冷却するようにして
いる。

（発明が解決しようとする課題）すなわち、ガス軟窒化処理後に引続いてガス酸化処理
を行う表面処理においては、ガス軟窒化処理の前処理で
ある洗浄処理およびガス酸化処理の後処理である冷却処
理は公害、衛生の面から間接加熱による加熱気化洗浄お
よびガス冷却を採用するのが望ましい訳であるが、上記
したようにこれらの処理を同一処理室内実行しようとす
ると、一つの処理を行っている間は、他の処理が持ちの
状態となり、したがってサイクルタイムの延長が避けら
れず、生産性が低下するという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決することを課題とし
てなされたものでその目的とするところは、ワークを連
続的に流して間接加熱による加熱気化洗浄、ガス軟窒
化、ガス酸化およびガス冷却の処理を連続に行うことを
可能とし、もって生産性の向上に大きく寄与する連続表
面処理炉を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するため、加熱気化洗浄す
る予熱室と、ガス軟窒化およびガス酸化する加熱室とガ
ス冷却する冷却室とを扉フードを介して連設し、前記扉
フード内に前記各室を独立の密閉室として区画する中間
扉を配設すると共に、前記各室および扉フードを真空ポ
ンプに接続し、かつ搬送ローラを前記各室内および扉フ
ード内に配設するように構成したことを特徴とする。

（作用）上記構成の連続表面処理炉においては、予熱室、加熱
室および冷却室にワークを順次移送することにより、加
熱気化洗浄処理、ガス軟窒化処理、ガス酸化処理および
ガス冷却処理を連続に行うことができるので、各処理の
待ち時間は可及的に削減される。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図〜第３図において、１は本発明にかゝる連続表
面処理炉で、断熱材を内張りした予熱室２と、断熱材を
内張りした加熱室３と水冷ジェット構造のタンク９から
なる冷却室４とを連続に備えている。各室2,3,4には装
入口10a,10b,10cと抽出口11a,11b,11cとが設けられてお
り、各室2,34は、相互に装入口と抽出口とを対向させて
連続に配置されている。また、各装入口10a,10b,10cに
は、装入扉12a,12b,12cが、各抽出口11a,11b,11cには抽
出扉13a,13b,13cがそれぞれ付設され、各室2,3,4は独立
した密閉室として区画されている。

予熱室２の装入扉12aは、支持フレーム14に固定した
シリンダ15の出力軸15aに連結され、該シリンダ15の作
動により上下動して前記装入口10aを開閉する。同じく
冷却室４の抽出扉13cも支持フレーム16に固定したシリ
ンダ17の出力軸17aに連結され、該シリンダ17の作動に
より上下動して前記抽出口13cを開閉する。一方、予熱
室２の抽出扉13aと加熱室３の装入扉12b、および加熱室
３の抽出扉13bと冷却室４の装入扉12cは、それぞれ連結
体18を介して一体化されて中間扉19,20を構成してい
る。また予熱室２と加熱室３との間、加熱室３と冷却室
４との間には扉フード21,21が配設され、各扉フード21
には真空ポンプ（図示略）が接続され前記中間扉19,20
を気密的に覆って各室2,3,4を連接している。各扉フー
ド21の上端にはシリンダ22,23ご固定されており、両シ
リンダ22,23の出力軸22a,23aには前記連結体18,18が連
結されている。すなわち、各中間扉19,20はシリンダ22,
23の作動により上下動する。

予熱室２および加熱室３はほゞ同じ構成とされ、各室
2,3内の側壁近傍にヒータ24が、また各室2,3の天井部に
循環フアン25が配設されている。一方、冷却室４にはフ
アン27と、下方を開放したトンネル状のバッフル28と、
熱交換器（冷却器）29とが配設されている（第３図）。
バッフル28は、その前後が冷却室４の装入口10cと抽出
口11cとを向くように配置され、かつその天井に設けた
開口28aをフアン27に臨ませている。冷却室４内の雰囲
気は、第３図に矢印で示すように、バッフル28の下部か
らその内部に吸引された後、開口28aからバッフル28の
外へ排出され、さらに熱交換器29部を通過して循環する
ようになっている。

31は、ワークＷを搬送するローラコンベアで、予熱室
２、加熱室３および冷却室４を結ぶように配設されてい
る。ローラコンベア31を構成する各ローラ32は、その両
端部が各室2,3,4の側壁を貫通して水平方向へ引き出さ
れている。各ローラ32が引き出された各室2,3,4の外壁
部分には、該ローラ32を気密下に挿通させて内部へのエ
アの流入を規制するシール箱33が固設されている（第２
図、第３図）。なお、ローラ32の一端部にはスプロケッ
ト34が固定され、各スプロケット34には駆動源に接続す
るチェーン（図示略）が掛けられている。

しかして、予熱室２の天井には空気導入口35が設けら
れている。また加熱室３の天井には２つのガス導入口3
6,37が設けられ、その一方の導入口36にはNH₃ガスの発
生源（図示略）に通じる配管38の一端が、その他方のガ
ス導入口37にはCO₂ガスの発生源（図示略）とエア源
（図示略）とに通じる配管39の一端がそれぞれ接続され
ている（第２図）。また上記シール箱33には、N₂ガスの
発生源（図示略）に通じる配管40の一端が接続されてお
り、該配管40を給送されたN₂ガスがローラ32の挿通隙間
から加熱室３内に導入されるようになっている。

また、各室2,3,4の側壁には、第２、３図に示すよう
に排気口42が設けられ、各排気口42には真空ポンプ43a,
43bに通じる配管44の一端が接続されている（なお、予
熱室２および扉フード21については図示を略す）。また
冷却室４の側壁には、ガス流入口45が設けられ、このガ
ス流入口45にはN₂ガスの発生源（図示略）に通じる配管
46とベントロ（図示略）に通じる配管47の一端がそれぞ
れ接続されている。なお、上記配管類にはバルブ（電磁
バルブ）48,48…が介装されており、これらバルブの操
作により各室2,3,4へのガス流入、流出が制御されるよ
うになっている。

50は、予熱室２の装入口10aに臨んで配置された装入
テーブル、51は冷却室４の抽出口11cに臨んで配置され
たテーブルで、それぞれにはワークＷを搬送するための
ローラ52が設けられている。

以下、上記のように構成した連続表面処理炉の作用を
第４図も参照して説明する。なお、第４図は、表面処理
中におけるワークの熱サイクルと炉内の圧力サイクルと
を示したもので、同図中、Ｉは予熱室２、IIは加熱室
３、IIIは冷却室４をそれぞれ表わしている。

表面処理に際しては、予め装入扉12a、中間扉19,20お
よび抽出扉13cの全ての扉を閉め、ヒータ24に通電して
予熱室２内をワークに付着している油等の不純物が気化
する温度（300〜400℃）に、加熱室３内を軟窒化温度
（550〜650℃）に保持しておく。そして先ず、シリンダ
15の作動により予熱室２の装入扉12aを開け、装入テー
ブル50上のワークＷを装入口10aから予熱室２内に装入
し、続いてシリンダ15の再作動により装入扉12aを閉じ
る。この際、ワークＷに付着している切削油、潤滑油等
の不純物は急激に気化して、室２内の汚染の原因となる
油ベーパが多量に発生する。次に真空ポンプ（図示略）
を運転して予熱室２内を0.5Torr以下まで排気して、加
熱初期に発生する多量の油ベーパーを除去した後、空気
導入口35から予熱室２内にエアを導入する。この時、真
空ポンプに通じるバルブを開閉して炉内圧力を650〜700
Torrに調整すると共に、フアン25を回転させる。ワーク
Ｗは、フアン25の回転により対流加熱され速やかに不純
物の気化温度（300〜400℃）に加熱され、ワーク表面に
付着していた切削油、潤滑油等の不純物が徐々に分解、
蒸発すると共に、室内の雰囲気が真空ポンプによって予
熱室２の外へ排出される。すなわち、ワークＷは加熱気
化洗浄されると共に、ワークＷの表面に薄い酸化膜が形
成される。

上記加熱気化洗浄後、真空ポンプによって予熱室２内
を0.5Torr以下に排気した後、シリンダ22の作動により
中間扉19を開け、ローラコンベア31によってワークＷを
予熱室２とほゞ同圧とした加熱室３へ移行させ、中間扉
19を閉じる。そして、加熱室３内へN₂ガス発生源に通じ
る配管40のバルブ48（第２図）を開いてN₂ガスを650〜7
00Torrになるまで導入する。ワークＷはN₂雰囲気下で、
フアン25の回転によって対流加熱され、速やかに軟窒化
温度（550〜650℃）まで昇温される。次に、再び真空ポ
ンプ43aを運転して加熱室３内を0.5Torr以下になるまで
排気し、今度は、前記N₂ガス発生源に通じる配管40に加
え、NH₃ガス発生源に通じる配管38、CO₂ガス発生源に通
じる配管39のバルブ48（第２図）も開き、加熱室３内に
窒化ガスとしてのNH₃ガス、CO₂ガス、N₂ガスを所定の比
率で導入する。この時、真空ポンプに通じるバルブを開
閉して炉内圧力を500〜600Torrに調整すると共に、フア
ン25を回転する。なお、本実施例においてはNH₃ガス、C
O₂ガス、N₂ガスの導入経路を分離しているので、ガス相
互の反応に起因するガス導入口36,37の目詰まりを防止
できる。

上記窒化ガスは軟窒化温度下の加熱室３内で以下のよ
うに反応する。

2NH₃２（Ｎ）＋3H₂ …（１） CO₂＋H₂CO＋H₂O …（２） 2CO（Ｃ）＋CO₂ …（３）すなわち、NH₃は（１）式により分解して発生期の
（Ｎ）を生成し、これがワークＷの表面に侵入して窒化
反応が起こる。またCO₂は（１）式で生成したH₂と反応
してCOとH₂Oを生成し、このCOは、さらに（３）式によ
って発生期の（Ｃ）を生成し、これがワーク表面に侵入
していわゆる浸炭が起こる。加熱室内に導入したCO₂お
よび上記反応で生じたH₂Oは、ワーク表面において酸化
反応を起こし、窒化物層にポーラス部を生じさせ、表面
硬さや耐摩耗性の低下、あるいは摺動特性や剛性の低下
を招くこととなる。しかしながら、本実施例においては
加熱室３内を真空排気してから500〜600Torrという減圧
雰囲気下で軟窒化を行っているので、加熱室３内の酸素
分圧が低くなり、酸化反応が抑制されてポーラス部のな
い緻密な窒化物層が得られ、処理後のワークの品質性能
は著しく向上するようになる。また、ワークの表面には
薄い酸化膜が形成されているので、軟窒化が促進する。

上記窒化処理完了後、NH₃ガス、CO₂ガスおよびN₂ガス
の導入経路を閉じ、真空ポンプ43aの運転により加熱室
３内を約0.5Torr以下まで排気し、その後、CO₂発生源と
エア源とに通じる配管39のバルブ48（第２図）を開き、
酸化性ガスとしてCO₂とエア（O₂）とを同時に加熱室３
内に導入する。この時、エアの導入は短時間（約１分
間）で止め、CO₂の導入のみ継続（10分間）して炉内圧
力をほゞ350Torrになるまで高める。酸化性ガスの存在
によりワーク表面で急激に酸化反応が起こり、一部不安
定な（剥離し易い）FeOあるいはFe₂O₃が生成されるが、
このFeOあるいはFe₂O₃は酸化力の弱いCO₂により緩やか
に酸素リッチのFe₃O₄に変えられる。Fe₃O₄はきはめて密
着性が良く、酸化皮膜は安定して特に耐食性の向上に大
きく寄与する。なお、窒化処理後の雰囲気には、NH₃、H
₂、CO,CH₄等の有害ガスが含まれるので、本実施例では
真空ポンプ43aの下流に燃焼装置（コンバスター）を設
けて排ガスとして大気に放出するようにしている。

上記酸化処理後、再び真空ポンプ43aを運転して加熱
室３内を0.5Torr以下に真空排気する。なお、冷却室４
は上記軟窒化および酸化処理の間に真空ポンプ43b（第
３図）の運転により加熱室３とほゞ同圧にされている。
次に、シリンダ23の作動により中間扉20を開け、ローラ
コンベア31によりワークＷを冷却室４へ装入する。そし
て、中間扉20を閉じると同時にN₂ガス発生源に通じる配
管46のバルブを開け（第３図）、N₂ガスを冷却室４内に
導入する。この時、真空ポンプ43bに通じるバルブ48を
開閉して冷却室４内の圧力を650〜700Torrに調整すると
共に、冷却フアン27を回転する。冷却室４内のN₂雰囲気
はワークＷを収容するバッフル28内を下方から上方へ流
動し（第３図）、ワークＷを急速に冷却し、これによっ
て窒化物層は安定となる。冷却終了後は、ベントロに通
じる配管47のバルブ48を開いて冷却室４内を大気圧に戻
し、抽出扉13cを開けてワークＷを抽出テーブル51上に
搬送し、これにて一連の表面処理は完了する。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明にかゝる連続表
面処理炉によれば、予熱室、加熱室および冷却室のそれ
ぞれを扉フード内に配設した中間扉を介して完全に独立
させて、加熱気化洗浄、ガス軟窒化およびガス酸化、ガ
ス冷却の各処理を並行的に行わせしめることができるの
で、各処理の待ち時間を可及的に削減し得て生産性の向
上に大きく寄与する効果がある。また各室を真空ポンプ
に接続したので、適宜真空または減圧下での処理が可能
となり、表面処理層の品質向上に大きく寄与する効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかゝる連続表面処理炉の構造を示す
断面図、第２図は、第１図のII−II矢視線に沿う断面
図、第３図は、第１図のIII−III矢視線に沿う断面図、
第４図は、本連続表面処理炉による熱サイクルおよび圧
力サイクルを示す線図である。２……予熱室、３……加熱室４……冷却室、12a……装入扉 13c……抽出扉、19,20……中間扉 21……扉フード、24……ヒータ 25,27……フアン、31……ローラコンベア 43a,43b……真空ポンプ、Ｗ……ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森島達矢愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者山田治樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者中谷好良大阪府大阪市西区京町堀２―４―７中外炉工業株式会社内 (72)発明者松浦俊幸大阪府大阪市西区京町堀２―４―７中外炉工業株式会社内 (56)参考文献特開昭64−79362（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−270761（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−125267（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱気化洗浄する予熱室と、ガス軟窒化お
よびガス酸化する加熱室とガス冷却する冷却室とを扉フ
ードを介して連設し、前記扉フード内に前記各室を独立
の密閉室として区画する中間扉を配設すると共に、前記
各室および扉フードを真空ポンプに接続し、かつ搬送ロ
ーラを前記各室内および扉フード内に配設したことを特
徴とする連続表面処理炉。